Tecnologia de Transistor FinFET
A tecnologia de transistor FinFET está sendo usada em muitas áreas da tecnologia IC, onde as aletas 3D fornecem densidade adicional para o mesmo tamanho de recurso.
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Nosso tutoral de FETs, Transistores de Efeito de Campo, inclui:
Noções básicas de FET | Especificações de FET | JFET | MOSFET | MOSFET de duplo portão | Power MOSFET | MESFET / GaAs FET | HEMT & PHEMT | Tecnologia FinFET | IGBT | MOSFET de carbeto de silício, SiC | GaN FET / HEMT
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A tecnologia FinFET teve recentemente um grande aumento na adoção para uso em circuitos integrados. Em comparação com a tecnologia planar mais comum, a tecnologia de transistor FinFET oferece algumas vantagens significativas no projeto de IC.
A tecnologia FinFET promete fornecer níveis superiores de escalabilidade necessários para garantir que o progresso atual com níveis crescentes de integração em circuitos integrados possa ser mantido.
O FinFET oferece muitas vantagens em termos de processamento de IC, o que significa que foi adotado como um importante caminho a seguir para incorporação na tecnologia de IC.
Plano de fundo FinFET
A tecnologia FinFET nasceu como resultado do aumento implacável dos níveis de integração. O princípio básico da lei de Moore manteve-se verdadeiro por muitos anos desde os primeiros anos da tecnologia de circuitos integrados. Essencialmente, afirma que o número de transistores em uma determinada área de silício dobra a cada dois anos.
Alguns dos chips de referência da era relativamente inicial dos circuitos integrados tinham uma baixa contagem de transistores, embora fossem avançados para a época. O microprocessador 6800, por exemplo, tinha apenas 5.000 transistores. Hoje tem muitas ordens de magnitude mais.
Para alcançar os grandes aumentos nos níveis de integração, muitos parâmetros foram alterados. Fundamentalmente, os tamanhos dos recursos foram reduzidos para permitir que mais dispositivos sejam fabricados em uma determinada área. No entanto, outros números, como dissipação de energia e tensão de linha, foram reduzidos junto com o aumento do desempenho de frequência.
Existem limites para a escalabilidade dos dispositivos individuais e como as tecnologias de processo continuaram encolhendo para 20 nm, tornou-se impossível alcançar a escala adequada de vários parâmetros do dispositivo. Aqueles como a tensão da fonte de alimentação, que é o fator dominante na determinação da potência dinâmica, foram particularmente afetados. Verificou-se que a otimização de uma variável, como desempenho, resultou em concessões indesejadas em outras áreas, como potência. Portanto, era necessário olhar para outras opções mais revolucionárias, como uma mudança na estrutura do transistor do transistor planar tradicional.
Um dos principais problemas é que, como as tecnologias usam tamanhos de recursos menores, a fonte e o dreno dos dispositivos MOS usados invadem o canal, facilitando o fluxo de corrente de fuga entre eles e também dificultando o desligamento do transistor completamente.
Noções básicas do FinFET
A tecnologia FinFET leva o nome do fato de que a estrutura FET usada parece um conjunto de aletas quando vista.
Na verdade, o FinFET ganhou o nome dos Profs. Chenming Hu, Tsu-Jae King-Liu e Jeffrey Bokor da Universidade da Califórnia, Berkeley, que foram os primeiros a cunhar o termo como resultado da forma da estrutura.
FinFETs são estruturas 3D que se elevam acima do substrato e se assemelham a uma aleta. As ‘aletas’ formam a fonte e o dreno, de forma eficaz e, desta forma, permitem mais volume do que um transistor planar tradicional para a mesma área. O portão envolve a aleta e isso dá mais controle do canal, pois há comprimento suficiente para o controle. Além disso, como o canal foi estendido, há muito pouca corrente para vazar pelo corpo quando o dispositivo está no estado ‘desligado’. Isso também permite o uso de tensões de limiar mais baixas e resulta em melhor desempenho e menor dissipação de energia.
A orientação do portão está em ângulos retos com a aleta vertical. E para atravessar de um lado da aleta para o outro, ele envolve a aleta, permitindo a interface com os três lados da aleta ou canal.
Esta forma de estrutura de portão fornece controle elétrico aprimorado sobre a condução do canal e ajuda a reduzir os níveis de corrente de fuga e supera alguns outros efeitos de canal curto.
O termo FinFET é usado de forma um tanto genérica. Às vezes, é usado para descrever qualquer arquitetura de transistor multiporta baseada em aletas, independentemente do número de portas.
Vantagens da tecnologia FinFET
Existem muitas vantagens para os fabricantes de IC em usar FinFETs.
| VANTAGENS FINFET | |
|---|---|
| PARÂMETRO | DETALHES |
| Tamanhos de recurso | Possível passar pela barreira de 20 nm anteriormente pensada como ponto final. |
| Poder | O consumo de energia muito menor permite altos níveis de integração. Os primeiros usuários relataram melhorias de 150%. |
| Tensão operacional | Os FinFETs operam em uma tensão mais baixa como resultado de sua tensão de limite mais baixa. |
| Velocidade de operação | Frequentemente 30% mais rápido do que as versões não FinFET. |
| Corrente de fuga estática | Normalmente reduzido em até 90% |
A tecnologia FinFET está sendo adotada de várias formas pelos fabricantes de ICs que precisam aumentar a densidade de seus ICs sem usar tamanhos de recursos tão pequenos que diminuem o desempenho do dispositivo. Como resultado, a tecnologia de transistor FinFET permitiu que o desenvolvimento da tecnologia IC continuasse a seguir a lei de Moore.
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